盘点IGBT在储能系统的应用价值
储能系统成本主要由电池和储能逆变器构成,两者合计构成电化学储能系统成本的80%,其中储能逆变器占到20%。IGBT绝缘栅双极型晶体管为储能逆变器的上游原材料,IGBT的性能决定了储能逆变器的性能,占逆变器价值量的20%-30%。
IGBT在储能领域的主要作用就是变压、变频、交变转换等,是储能应用中不可缺少的器件。
01 IGBT储能应用价值
1、储能IGBT价值量较光伏更高
储能用更多的IGBT和SiC,涉及到DCDC和DCAC两个环节。两种方案,光储一体以及单独储能系统。独立的储能系统,功率半导体器件的用量是光伏的1.5倍左右。目前光储一体可能占比超过60-70%,单独储能系统占比30%。
2、IGBT具有广泛的应用层,在储能逆变器中较MOSFET更具优势
在实际项目中IGBT已逐渐取代MOSFET作为光伏逆变器和风力发电逆变器的核心器件,新能源发电行业的迅速发展将成为IGBT行业持续增长的全新动力。
02 什么是IGBT
IGBT,绝缘栅双极型晶体管,绝缘栅简单理解是一个阀门。通俗的理解,是带阀门控制的能控制电子双向(多向)流动的晶体管。
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是由BJT双极型三极管和绝缘栅型场效应管MOS组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件,兼有MOSFET金氧半场效晶体管的高输入阻抗和电力晶体管GTR的低导通压降两方面的优点。
IGBT的开关作用是通过加正向栅极电压形成沟道,给PNP晶体管提供基极电流,使IGBT导通。反之,加反向门极电压消除沟道,流过反向基极电流,使IGBT关断。IGBT的驱动方法和MOSFET基本相同,只需控制输入极N一沟道MOSFET,所以具有高输入阻抗特性。
IGBT是能源变换与传输的核心器件,俗称电力电子装置的“CPU”,作为国家战略性新兴产业,在新能源装备等领域应用极广。
03 优势
IGBT具备包括输入阻抗高、控制功率小、驱动电路简单、开关速度快、通态电流大、导通压降低、损耗小等诸多优点,因此在当前市场环境中具有绝对优势。
因此,IGBT成为当前功率半导体市场最主流的器件,在新能源发电、电动汽车及充电桩、电气化船舶、直流输电、储能、工业电控和节能等众多领域均有广泛应用。
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04 分类
依产品结构形式不同,IGBT有单管、IGBT模块和智能功率模块IPM三种类型。
IGBT单管主要应用于小功率家用电器、分布式光伏逆变器及小功率变频器等领域;
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IGBT模块主要应用于大功率工业变频器、电焊机、新能源汽车(电机控制器、车载空调、充电桩)等领域(当前市场上销售的多为此类模块化产品);
智能功率模块IPM主要在变频空调、变频洗衣机等白色家电领域有广泛应用。
根据应用场景的电压不同,IGBT有超低压、低压、中压和高压等类型。
其中新能源汽车、工业控制、家用电器等使用的IGBT以中压为主,而轨道交通、新能源发电和智能电网等对电压要求较高,主要使用高压IGBT。
IGBT多以模块形式出现,IHS数据显示模块和单管的比例为3:1。模块是由IGBT芯片与FWD(续流二极管芯片)通过定制化的电路桥接,并通过塑料框架、衬底及基板等封装而成的模块化半导体产品。
基础工作原理在于,以最小能量损耗实现电流转换,是一种具有隔离栅极结构的双极晶体管;栅极自身就是MOSFET,因此结合了双极晶体管的高载流能力和高阻断电压的优点。
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